蒋振宁自供电“FLEET”发电机

本帖最后由 能量海 于 2017-8-10 05:54 编辑


第五章: 脉冲能量激发系统

蒋振宁自供电“FLEET”发电机

  “FLEET” ("Forever Lead-out Existing Energy Transformer"——源源不断导出存在能量转换器) 装置是一台无移动件、且可以廉价制做的自供电发电机.它是由香港的一个团队开发出来的:蒋振宁先生(Mr Lawrence Tseung),丁炜文博士(Dr. Raymond Ting,音译),袁永仪小姐(Miss Forever Yuen,猜译),唐保支先生(Mr Miller Tong)和钟宜正先生(Mr Chung Yi Ching,音译)。这是数年来思考、研究和测试的结果,而现在已达到测试和演示成熟的阶段,几近准备商业化生产。

  蒋先生已把他的“导出”理论应用于谓之“焦耳小偷”(Joule Thief)一类的低功率电路中。这类电路源于1999年11月版的《日常实用电子》(Everyday Practical Electronics)杂志的“创意无限”(Ingenuity Unlimited)栏目中的一篇卡帕里克先生(Z. Kaparnik)的文章。

  最初的电路允许从任何普通的干电池取出最后的一点能量,并用于点亮一个白色发光二极管(“LED”),作为一个小电筒使用。它允许被当作是一个完全放电的电池去驱动电路,直到电池电压下降至0.35伏特。最初的电路采用了绕制在铁氧体环或“环形”上的双线并绕线圈。双线并绕的意思是线圈是用两股独立的线并列绕制在线圈上,使得每个相邻的匝又是另一个线圈的一部分。该类型的线圈有着不寻常的磁性。焦耳小偷电路如下:

image333.gif

  请务必注意如何缠绕线圈及其连接方式。所谓“环形”是因为它是绕在一个环上的。这个环用铁氧体是因为这种材料可以在高频率下和电路开关每秒约50,000次(50千赫)的导通和断开下工作。请注意虽然导线是并列绕制,红线的起始端是连接到绿线的尾端的。这样的连接就是所谓“双线并绕”线圈,而不是简单的两股线的线圈。

  这种“焦耳小偷”电路随后由比尔•谢尔曼(Bill Sherman)修改并用于给第二块电池充电和点亮发光二极管。这只需添加多一个二极管就可实现。二极管用的1N4005型的,因为这个正好手头上有,但比尔建议用一个极快速作用的肖特基型二极管能使电路工作更佳,也许用1N5819G型的。

  比尔做的电路是:

image334.gif

  当用一个1.5的单电池驱动时,该电路产生约50伏特无负载电压,而当输出短路时则可以提供9.3毫安的电流。这意味着你可以用一个1.5伏的电池给一个6伏的电池充电。

  
www.overunity.com的焦耳小偷论坛的“小器件商场”使电路更进一步,发现一个很有趣的情况。他改进了这个电路并用了一个“batt-cap”,这是一种非常高容量,非常低损耗的电容。这里是电路:

image335.gif

  他给他的一英寸(25毫米)直径的铁氧体磁环增加一个附加绕组,而且他还用它来为1瓦的LED提供电能。他为什么这样做,我尚不清楚,除了可能是因为它显示出电路正在工作。他用一个小的可充电电池运行电路驱动,十四小时的时间周期伺入电路13毫安电流。在那个时间末尾,batt-cap已经收集了足够的能量,在一或两分钟内对驱动电池充分再充电,然后提供电能给一台镍铬合金丝绕制的电热器(作为用市电供电的辐射式加热器)约四分半钟。或者,这个量的额外能源可以烧开一壶水。真正有趣的事是驱动电池得以时刻充电,因此电路是自维持的,虽然这不是一个强大的电路。

  不过,吉娜(Jeanna)对此电路做了引人注目的开发,如她在她的一系列视频中所显示的那样:













  她的要点是,用晶体管的集电极作为电路的功率输出点是低效的,因为那消耗了大量的输入电流而输出电流却没有相应增加。她在她的两个11匝的焦耳小偷双线并绕绕组的顶部增加了一个74匝的次级绕组,而那似乎产生了一个好得多的功率输出。她用了一个非常小的AAA规格的1.2V电池,并通过与电池串联一个电阻和用多个串联的LED而进一步降低了输出(由于“光亮太眩目了”)。她记录的结果如下:

  无电阻,输出电压58V,尖峰在62.5 kHz (断路输出,完全无负载)
  用一个10欧姆电阻,输出电压49V,尖峰在68 kHz
  用一个33欧姆电阻,输出电压25V,在125 kHz

  “LidMotor”说,吉娜也做了一个焦耳小偷电路,当用一个单节的AA电池驱动时,可以点亮一个15瓦直管荧光灯管约五小时。他说他并不满意那样的照明度,而在视频


  他展示了一个版本(他认为是吉娜的设计,而吉娜却认为是他的设计),驱动一个移除了镇流器电路的10瓦的紧凑型荧光灯。构造使用了昂贵的3.25英寸(83 mm)外径的铁氧体环,而照明来自一个单节的AA电池,看起来像这样:

image373.gif

  铁氧环的绕制看来就像这样:

image374.gif

  主绕组是300匝的美标30号漆包铜线,直径0.255毫米。请注意绕组端部之间的间隙。那个间隙很重要,因为高压在绕组的两个端部之间生成,而如果绕组继续绕完整个圆形,那么在第一匝和最后一匝之间的由于非常高的电压差而致使涂覆导线的绝缘搪瓷漆很容易烧坏,从而引起短路。另外两个绕组用0.511毫米直径的24号美标漆包铜线,而且那两个绕组被紧密并排定位于300匝绕组的两个端部之间的空隙的中间。电路如下:

image375.gif

  可选的25欧姆线绕可变电阻耗费功率而造成它两端的电压降,降低到达电路的电压,因此逐步减弱灯光,一直降到零。基极电阻“R”已被“Lidmotor”设置为22欧姆,他说,它实际上应该是100欧姆,而他把它降低是为了得到更亮的光线。请注意被连接在电路中的3匝和13匝绕组的那一侧,因为绕组的方向对于那两个绕组是非常重要的。

  人们常常谈到焦耳小偷电路造成的微弱啸声(特别是像这样的低压版本)。我的体验是这声音是晶体管与电路振动频率共振引起的,TIP3055尤其容易出现这种情况。因此,我建议,把它拧紧在散热片上(这个电路是绝对不需要散热的)将改变晶体管/散热片组合的共振频率,因而停止啸声。

  就个人而言,当用焦耳小偷电路驱动紧凑型荧光灯时,我总是最难得到的是令人满意的光,所以,对我来说,最好的光源是有一个“5050”驱动芯片的“G4LED阵列。它们看起来像这样:

image377.gif

  一个单一的焦耳小偷电路同时驱动多达12个这样的灯可以得到相当不错的照明。更大的照明面积产生更均匀和更柔和的光,这在完全黑暗中是相当有效的。

  大多数焦耳小偷电路指定一个铁氧体环,而直径为75毫米的盘形线圈也是可以的,有趣的是,按着第二个盘形线圈紧靠焦耳小偷的盘形线圈,使得一个额外的LED阵列加电而不会增加焦耳小偷电路的电流消耗:

image378.gif

  还可以交叉连接两个或两个以上的焦耳小偷电路,以便也能生产12VLED阵列照明,每一个给另一个电路所用的电池充电:

image379.gif

  而三个电路的级联处理得也很好:

image380.gif

  在用这些电路工作时,我买了一台测光表来做照度级的评估,因为人眼做这件事是非常拙劣的,尽管任何配置产生光照的视觉印象实际上比测得的照度更重要。例如,有1瓦的微型LED簇有着理论上的高光输出,但由于其光照区域很小而无助于家居照明。

  当我用测光表(以勒克斯为单位)时,我大吃一惊。我用它对一个灯箱来测量由两个G4LED阵列并排产生的光,先是直接用电池输入,然后用焦耳小偷输入。使我大为吃惊的是G4LED阵列实际上在把电流为光时比当焦耳小偷被用来驱动这些相同的LED阵列更为有效。这完全出乎意料。用1.2V(标称)镍氢电池产生的电压/电流消耗/光的数据为:

  9个电池11.7V206毫安,1133勒克斯:2.41瓦,每瓦470勒克斯(制造商的估计性能)
  8个电池10.4V124毫安,725勒克斯:1.29瓦,每瓦592勒克斯
  7个电池9.1V66毫安,419勒克斯:0.60瓦,每瓦697勒克斯 (个很现实的性能水平)
  6个电池7.8V6毫安,43勒克斯:0.0468瓦,每瓦918勒克斯

  焦耳小偷电路驱动两个G4LED阵列,由4个电池供电,提供5.2V,通过晶体管的基极电阻的选择控制电流消耗:

  358毫安,259勒克斯,1.86瓦,每瓦139勒克斯
  200毫安,212勒克斯,1.04瓦,每瓦204勒克斯
  180毫安,200勒克斯,0.936瓦,每瓦101勒克斯
  158毫安,182勒克斯,0.822瓦,每瓦221勒克斯

  这是相当惊人的,而出乎意料的结论是,只用四个LED陈列,用一节9V电池电源驱动,产生了非常可观的800勒克斯,只是用135毫安,这大约总共是1.2瓦——一个非常意外的结果。当四个LED阵列装到台灯里并用磨砂塑料遮盖以得到散射光,结果是书桌照明水平优良,还相当不错地照亮房间的其余部分。

  如果您选择这样做,那么就可以收集所有通过焦耳小偷电路的电流,如下所示:

image381.gif

  这里,驱动电池“B1”是由一个以上的电池构成,电压高于想要的,而电流是全部通过四个LED阵列的,被用做给一个另外的电池充电的电流,可用于给焦耳小偷充电电路供电:

image382.gif

  由于LED阵列灯本质上不管怎么说都是二极管,用一个存在被焦耳小偷脉冲充电的电池的电流供电是没问题的,所以可以选择让焦耳小偷电路一直连接着,如上所示。当然,那可是个可选项。

  进一步能做的事是当焦耳小偷的灯不亮时让它的电压加倍。虽然焦耳小偷充电电路在由1.2V的电池驱动时完全有能力给 “B1”电池充电,如果其电压增加一倍,可以更快充电,用标准的3极、4路旋转开关可以很容易做到:

image384.jpg

  这里,“B2”电池是亮灯时用两个1.2V的电池并联连接而成的,而在关灯时,两个电池是串联连接,用倍压驱动焦耳小偷充电电路。另一个选项是在白天时连接一个6V或更高的太阳能电池板去给“B2”电池充电。

  别忘了镍氢电池只有66%的效率,这意味着,当它驱动一个负载时,你将永远只能再次拿回三分之二的电流输送给它们。上而的电路显示只有一个焦耳小偷充电电路,通常会是两、三、或更多个充电电路,以提高白天的充电的速率。

  蒋先生采用焦耳小偷电路并修改成一个有着非常大的输出的电路,把它移到了一个完全不同的范畴。

  作为有助于他们团队称之为“Fleet”的装置的第一步,环形的直径大大增加了。线圈现在是绕制在一个塑料管子的截面上,直径是170 mm (6.5 英寸) ,而深是45 mm (1.75 英寸) :

image336.jpg

  正如已经描述过的焦耳小偷的结构那样,管子的截面是用两根导线并列“双线并绕”的。象前面一样,一根导线的起始端连接着另一根导线的末尾端。然后绕组用一层绝缘包布固定,并为第二个绕组提供了一个舒适的工作表面。

  用于绕组的线是广泛使用的红色和黑色双线,有时也称为"八字花",因为电线的切面看起来像数字8。这种线应该能够支持2.5安培的电流。它必须是并行线,而不是绞股线。如下示:

image337.png

  第二个绕组以同样的方式绕制,但连接略有不同。像前面一样,第一根线末端连接到第二根线的起始端,但该连接要绝缘,而且不用在下面的电路中。这只是两个绕组依次相连,技术上连成“串联”,而这相当于只用一根单股线制做绕组。完成的线圈或许看来如下:

image339.png

  这种特殊的设计仍然是在它的早期阶段,而下面是众多不同大小和结构的线圈正在测试:

image341.png

  这样的配置是为了环形的里面的绕组通过已经描述过的焦耳电路产生摆荡。这将导致一个脉动磁场包围着环形的外绕组,生产一个能够做有用功的电力输出。关于这项配置真正重要的是,事实上电路的输出功率远远大于运行电路所需要的功率。剩余能从本地环境导出并被汲取进入电路,成为有用功。

  总体电路如下:

image343.gif

  尽管外绕组在这里显示用不同颜色的粗线,这只是为了使配置容易理解而已。实际上,外绕组用的线与内绕组完全相同,而且通常会占据整个环形。制做绕组所需的线长约为70米,因此一般都是购买一个完整的100米卷轴的双芯线,使得可绕制两组线并留下备用线作其它用途。

  对于那些很有技术头脑的人来说,输出波形看起来像这样:

image344.gif

  而在这个输出发生的电压脉冲约为每秒290,000次。

  对我来说用四个二极管的桥式整流比起只用一个二极管来要工作得更好:

image345.gif

  我已经用过这个电路,由一个1.5伏电池驱动,给12伏电池充电,但最好的效果是在56伏的范围。

  总体而言,这是一个非常简单、便宜和容易构建的COP>10的设备,有可能提供大量免费的、可用的电功率。进一步开发,也可能生产出一个型号,可以提供整个家庭所需的能源。也可能这些设备将成为一个购买成本相当低廉的商品。总而言之,这是一个非常重要的设备,而全部功劳都归于开发团队对这一点进行研究,并继续完善设计以产出多上加多的功率。